книги из ГПНТБ / Кушманов И.В. Электронные приборы учеб. пособие

ся проволочные электроды 1, 2, 3 с пулевым потенциалом, располо­ женные перед анодом п по краям динода. Схема включения лампы показана на рис. 1.656, а ее выходные характеристики — на рис.

1.65в.

Напряжение питания анода и экранирующей сетки равно 250 В, напряжение питания динода устанавливается равным 150 В.

Рис. 1.65. Пентод со вторичном эмиссией:

а) конструкция; б) схема включения; в) выходные характеристики

Крутизна характеристики анодного тока 5 = 28 мА/'В. Из характе­ ристик пентода видно, что при Ua> U д возникает динатронный эф­ фект с динода и ток последнего падает с ростом анодного напря­ жения, а ток анода растет. Коэффициент вторичной эмиссии дино­ да имеет величину свыше трех. Пентод 6В1П может отдавать зна­ чительный ток в импульсе (до 0,5 А) и поэтому предназначен для работы в импульсных усилительных устройствах с малыми искаже­ ниями фронтов импульса.

Широкому распространению ламп со вторичной эмиссией пре­ пятствует нестабильность их параметров, связанная с нестабильно­ стью работы вторичных эмиттеров, что обусловлено «загрязнением» поверхности эмиттера продуктами испарения с оксидного катода. Кроме того, низкая линейность характеристик позволяет использо­ вать эти лампы лишь при работе с малыми амплитудами сигнала. Лампы со вторичной эмиссией неэкономичны из-за дополнительно­ го расхода энергии на питание динода и имеют повышенный уро­ вень шумов.

Лучевой тетрод

В лучевом тетроде созданием специальной конструк­ ции с фокусировкой электронного потока устранен динатронный эффект.

Лучевой тетрод (рис. 1.66) имеет четыре основных электрода: катод, управляющую и экранирующую сетки и анод. Кроме того, он включает вспомогательные электроды, назначение которых —

80

ограничить электронный поток в сторону траверс первой и второй сеток.

Управляющая и экранирующая сетки имеют одинаковый шаг намотки и их витки совмещены, т. е. находятся друг против друга (рис. 1.6 6 6 ), что обеспечивает фокусировку электронного потока в

Рис. 1.66. Конструкция лучевого тетрода:

а) горизонтальное сечение; б) вертикальное сечение половины лампы; в) перспективный вид

горизонтальной плоскости. Сфокусированный поток электронов (рис. І.ббе) имеет большую объемную плотность зарядов, что уве­ личивает минимум потенц’иала у анода. Одновременное увеличение расстояния между экранирующей сеткой и анодом по сравнению с расстоянием от катода до экранирующей сетки приводит также к росту минимума потенциала у поверхности анода.

На рис. 1.67 показана потенциальная диаграмма лучевого тет­ рода. При увеличении плотности заряда в сфокусированном луче значительно снижается потенциал в околоанодной области и обра­ зуется потенциальный барьер препятствующий динатронному эффекту с анода. В обычном тетроде плотность пространственного заряда мала, снижение потенциала небольшое (пунктирная кри­ вая), потенциальный барьер мал и динатронный эффект проявля­ ется существенно.

Статические выходные характеристики лучевого тетрода пред­ ставлены на рис. 1.68. Они подобны характеристикам пентода. Про­ валы при больших значениях анодного тока отсутствуют. Переход из режима возврата в режим перехвата у лучевого тетрода проис­ ходит более резко, чем у пентода, и при меньших анодных напря­ жениях. Объясняется это относительной однородностью электри­ ческого поля в пространстве между экранирующей сеткой и анодом и поэтому равными условиями для «переключения» электронов с экранирующей сетки на анод при переходе из одного режима в

81

другой. По достижении анодным напряжением определенного зна­ чения почти все электроны перехватываются полем анода. В пен­ тоде из-за неоднородности потенциала в плоскости витков защит­ ной сетки это «переключе-

жим при меньшем, чем у пентода анодном 'напряжении, означает, что у тетрода лучше используется рабочее анодное напряжение и, следовательно, более высокий коэффициент 'полезного действия.

При малом анодном токе плотность пространственного заряда также мала. Поэтому потенциальный барьер оказывается недоста­ точным и на характеристиках с большими отрицательными напря­ жениями первой сетки наблюдаются небольшие провалы. Следует заметить, что такое проявление дпнатронного эффекта не опасно, поскольку эти участки характеристик не используются. Нагрузоч­ ная характеристика проходит обычно выше п правее указанных участков.

Положительным свойством лучевого тетрода является понижен­ ный ток экранирующей сетки. Для большинства ламп ток экрани­ рующей сетки составляет 5-3-10% анодного. Это свидетельствует о повышенной экономичности лампы по питанию. У пентодов ток эк­ ранирующей сетки составляет 25-3-30% анодного. Малая величина тока экранирующей сетки объясняется наличием электронной фо­ кусировки и вследствие этого малым числом попадающих на нее электронов.

Перераспределение катодного тока в пользу анодного приводит к повышению крутизны характеристики лампы, что является также ее достоинством. Большинство промышленных лучевых тетродов имеет крутизну S ~>5 мА/В, высокий коэффициент широкополосно-

стн и большой выходной ток, обеспечивающий большое выходное напряжение на нагрузке. Поэтому лучевые тетроды часто исполь­ зуются как выходные широкополосные лампы.

Следует обратить внимание на то, что линейность характеристик лучевых тетродов выше, чем у пентодов. Изменение напряжения на управляющей сетке соответствует более пропорциональному изме­ нению анодного тока вследствие лучшего токораспределения между анодом и экранирующей сеткой.

82

Поскольку экранирующие сетки лучевых тетродов имеют одина­ ковый с управляющими сетками шаг намотки, их проходные емко­ сти относительно велики (десятые доли — единицы пикофарад). Поэтому лучевые тетроды работают не на очень высоких частотах. Уменьшение проходной емкости связано с уменьшением шага на­ мотки первой и второй сеток. При большой густоте сеток не удает­ ся обеспечить их совмещение и положительные свойства лучевого тетрода не реализуются. Он превращается в обычный тетрод с его ■существенными недостатка ми.

1.7. ЧАСТОТНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ЛАМПЫ

Преобразованием частоты называется перенос сигнала без искажения из одного участка спектра в другой. Такой перенос необходим в многоканальной электросвязи, при приеме сигналов приемниками супергетеродинного типа, в различной измерительной аппаратуре и во многих других случаях.

Необходимость преобразования частоты в аппаратуре обуслов­ лена целым рядом причин. В отдельных случаях путем преобразо­ вания нужно понизить или повысить частоту сигнала и улучшить на этой измененной частоте фильтрующие свойства колебательных контуров для данного сигнала.

Преобразование частоты может осуществить любая лампа от диода до пентода. Однако наиболее эффективное преобразование обеспечивают специальные частотно-преобразовательные лампы. Пусть преобразованию подлежит синусоидальное напряжение сиг­ нала uc = UMCs\ru£>ct. В данном случае необходимо иметь вспомога­

преобразуемое и вспомогательное — вводят в цепь преобразова­

XL^n-sinco^. Полученное произведение после тригонометриче­

ских преобразований имеет вид: — IHMC£/M1{COS(IQ)C— —cos(coc +

+ соі\Щ В анодном токе лампы будут присутствовать комбинацион­ ные составляющие с частотами еос±сог. Во многих практических случаях требуется понизить частоту и поэтому в качестве полезной выбирают преобразованную частоту соІгр=.сос—сог, которую назы­ вают промежуточной. Если включить в цепь анода лампы колеба­ тельный контур, настроенный на промежуточную частоту сощ,, то на нем под действием тока промежуточной частоты /пр выделится на­ пряжение промежуточной частоты U„v.

Важнейшими параметрами частотно-преобразовательной лампы

83

лебательного контура на промежуточной частоте. При диодном преобразовании коэффициент усиления преобразованного сигнала будет значительно меньше единицы. Следовательно, диодный пре­ образователь частоты является малоэффективной системой.

На высоких частотах большой коэффициент усиления дают пен­ тоды и специальные многосеточные частотно-преобразовательные лампы. Для преобразования частоты применяют высокочастотные пентоды с короткой характеристикой типа 6Ж2Б и 6Ж2П. Эти лам­ пы имеют относительно густую защитную сетку и позволяют ис­ пользовать ее для управления анодным током. На первую сетку подается напряжение сигнала, а на третью — напряжение гетеро­ дина, которое вырабатывается отдельной лампой. При таком режи­ ме работы обеспечивается двойное управление анодным током. На электронный поток, идущий от катода, действует напряжение сиг­ нала первой сетки. После прохождения первой сетки плотность электронного потока изменяется с частотой сигнала. Перед третьей сеткой, имеющей отрицательный потенциал, образуется переменный пространственный заряд — своего рода второй катод. Воздействуя на поток электронов от этого катода напряжением третьей сетки, изменяющимся с частотой гетеродина в анодной цепи, можно по­ лучить спектр частот, в числе которых имеется нужная промежу­ точная частота.

Хорошие результаты (длину волны вплоть до одного метра) да­ ет специально разработанный для цепей преобразования триод— пентод 6Ф1П. Это комбинированная лампа, содержащая в одном баллоне, разделенном экраном, триод и пентод. Трподная часть лампы работает как гетеродин, а пентод смешивает частоты сигна­ ла ц гетеродина. Крутизна характеристики преобразования этой лампы довольно высока: Эщ,= 2 мА/В. Перечисленные выше пенто­ ды имеют крутизну преобразования порядка 0,5ч-1 мА/В.

В начале тридцатых годов были разработаны специальные мно­ госеточные преобразовательные лампы: гексод с четырьмя сетками, гептод — с пятью сетками и октод — с шестью сетками. Наиболь­ шее распространение из этих ламп получил гептод. Гептод выпол­ няет функции генерирования вспомогательного напряжения (напря­ жения гетеродина) и смешения частот. Его условное обозначение п конструкция приведены на рис. 1.69. Лампа имеет подогревный ка­ тод. На первую сетку подается напряжение гетеродина. Вторая сетка является экранирующей. На ее траверсах расположены экра­ ны, выполненные из пластинок в форме угольника или части кру­ га, Это уменьшает взаимное влияние между сетками. Третья сетка предназначена для подачи сигнала и называется сигнальной. Чет­ вертая сетка является второй экранирующей; она соединена с пер­ вой экранирующей сеткой. Далее следует защитная сетка, которая соединена внутри лампы с катодом, и поэтому имеет нулевой потен­ циал.

При изменении напряжения на сигнальной сетке пространствен­ ный электронный заряд около нее изменяется. С увеличением отри-

84

цательного напряжения часть электронов отталкивается от нее и возвращается между вит­ ками второй сетки в область первой сетки. При этом изме­ няется катодный ток, а следо- С3 вательно, и ток, поддерживаю­ щий колебания в контуре гете­ родина. Последнее 'приводит к ■изменению частоты генерируе­

мых колебаний. Таким обра- Рис. 1.69. Условное обозначение и кон-

зом, изменение амплитуды сиг- струхция гептода: нала дает изменение частоты

колебаний, генерируемых гетеродином, а следовательно, и частоты преобразованных колебаний.

Для того чтобы электроны, отраженные третьей сеткой, не по­ падали в околокатодную область, вторую сетку снабжают экрана­ ми, а траверсы третьей сетки располагают на пути движения элек­ тронного потока. Траектории электронов показаны на рис. 1.69 сплошными линиями. Электроны, пролетающие через просветы между экранами, отклоняются под действием поля траверсы третьей сетки и, возвращаясь обратно, не. могут снова попасть в просвет. Они собираются экранами. Однако полностью устранить возврат электронов в околокатодное пространство не удается, и со­ ответственно полностью не устраняется нестабильность частоты ге­ теродина.

Лучшие результаты дает триод—гептод 6И1П. Триодная часть лампы работает как гетеродин, а гептодиая —• как смеситель. Ста­ бильность преобразователя в этом случае выше. Лампа 6 И 1П ус­ тойчиво работает в ультракоротковолновом диапазоне вплоть до значений ?^ = 2-уЗ м. Крутизна преобразования 5пр= 0,75 мА/В. Вы­ ходные характеристики гептода при постоянных параметрах Дсі или Дез подобны выходным характеристикам пентода. Анодно-се­ точные характеристики гептода имеют также два варианта: они могут выражаться как функции напряжения на первой сетке и как функции напряжения на третьей сетке.

1.8. МОЩНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАА1ПЫ

Общая характеристика

По величине мощности, рассеиваемой на аноде, элект­ ронные лампы делятся на три группы: лампы малой мощности Ра< 5 0 Вт, лампы средней мощности Яа= 50 Вт — 1 кВт и лампы большой мощности Ра> 1 кВт. Лампы малой мощности конструк­ тивно мало отличаются от приемно-усилительных ламп, 'имеют есте­ ственное охлаждение и несколько большие габариты. Лампы сред­ ней мощности имеют электроды и баллоны значительных размеров

85.

эі inipii ^ 8 = 0,5-М кВт іпрнініудительное воздушное охлаждение. Лам­ пы большой мощности существенно отличаются от приемно-усили­ тельных размерами, конструкцией, характеристиками, параметрами и условиями их эксплуатации и хранения. Эти лампы всегда рабо­ тают в условиях воздушного, водяного или пароводяного охлаж­ дения электродов. Они предназначены для усиления и генерации колебаний большой мощности в усилителях, радиопередающих устройствах или промышленных установках.

Большую полезную мощность от лампы можно получить при со­ ответственно большой мощности, рассеиваемой на аноде Ра= / а£Л,, т. е. при больших анодных напряжениях и токах лампы. Анодные напряжения в лампах средней и большой мощности достигают ве­ личины и й = 5-Б25 к В. Высокие анодные напряжения требуют обес­ печения высокого качества изоляции между электродами и хороше­ го вакуума в лампе. При несоблюдении этих условий возможны по­ верхностные пробои н пробои через вакуумные междуэлектродные промежутки. Кроме того, при таких высоких напряжениях нужно применять стойкие против ионной бомбардировки катоды — воль­ фрамовые или вольфрамово-карбидированпые. Анодный ток мощ­ ных генераторных ламп может достигать сотен ампер.

Важнейшее требование, предъявляемое к мощной лампе, высо­ кий коэффициент полезного действия. Конструкция лампы, ее ха­ рактеристики и параметры подчинены этому основному требова­ нию.

В генераторе с колебательным контуром в цепи анода мощность источника питания Р0 расходуется на образование полезной коле­ бательной мощности Рк и на нагрев анода Ра: Ро=Рк+ Ра. Коэффи­ циент полезного действия лампы по анодной цепи ц = Рк/Ро■Полез­

ная мощность PK=-—-hiaUMa, мощность, расходуемая от источника

коэффициенты использования лампы по току и напряжению соот­ ветственно.

Таким образом, коэффициент полезного действия лампы по анодной цепи пропорционален произведению коэффициентов ис­ пользования лампы по току и по напряжению.

С целью получения большого коэффициента полезного действия мощные электронные лампы работают в экономических режимах с отсечкой анодного тока и с заходом в область положительных на­ пряжений управляющей сетки. Работа стоками управляющей сет­ ки повышает использование лампы по напряжению и по току.

86

Мощные усилительные и генераторные устройства имеют коэф­ фициент полезного действия по анодной цепи до 75%. Токи сеток мощных ламп достигают 2 0 % анодного.

Большие токи и напряжения разогревают сетки мощных ламп до высоких температур. Поэтому дни, как и аноды, должны иметь принудительное охлаждение. В настоящее время вопрос хорошего охлаждения сеток еще не решен и при очень больших мощностях, приходится обходиться только мощными триодами, так как кон­ струирование пентодов и тетродов затруднено.

В лампах большой мощности напряжение накала для умень­ шения помех из цепи накала в цепь анода выбирают относительно небольшим — порядка 104-20 В. При этом токи накала получают­ ся значительными — порядка десятков и сотен ампер.

Характеристики и параметры

Мощные триоды обычно имеют правые характеристи­ ки, что обусловлено наличием густой управляющей сетки с малой проницаемостью. Правые характеристики обеспечивают высокий коэффициент использования анодного напряжения и, следователь­ но, дают возможность получить более высокий, коэффициент полез­ ного действия.

Из рассмотрения семейства выходных и сеточно-анодных харак­ теристик генераторного триода ГК-5А ( Р а доп = 200 кВт) видно, что* при относительно больших напряжениях на аноде анодный ток увеличивается медленно (рис. 1.70а). При малых анодных напря-

уменьшается. Выходные харктеристики триода подобны выходным характеристикам пентода. Чем больше это сходство, тем ближе коэффициент полезного действия триода приближается к коэффи­ циенту полезного действия пентода.

Напряжение сгиба анодной характеристики называется мини­ мальным остаточным напряжением, которое существует на аноде

87

Место спая тонко раскатанного края этой трубы со стеклянным баллоном чувствительно к механическим напряжениям и может де­ формироваться при ударе или неосторожном нажатии на него. Лампу помещают анодом вниз в водяной бачок для охлаждения его проточной дистиллированной водой, которая является хорошим

изолятором и не дает на аноде накипи. Примерный расход воды 1— 3 л в минуту на 1 кВт мощности, рассеиваемой на аиоде. Темпера­ тура воды, выходящей из бачка, должна быть не выше 70°С.

Аноды ламп с воздушным охлаждением также изготавляют из медных труб. Снаружи на анод надевают ребристый радиатор, вы­ полненьи! из меди, бронзы или алюминия. Лампу устанавливают анодом вниз на специальный стенд, находящийся внутри возду­ ховода. Система охлаждения содержит фильтры, вентиляторы и воздуховоды, подающие очищенный сухой воздух для обдува ра­ диаторов анода, вводов электродов и стеклянной части баллона. Расход воздуха составляет 1—5 м3 в минуту на 1 кВт мощности, рассеиваемой на электроде. Температура анода, спая и стекла не должна превышать 150°С.

Существуют также лампы с пароводяным охлаждением, так на­ зываемые вапотроны (от английского vapour — пар). Аноды их выполнены из меди и также спаиваются со стеклянной частью бал­ лона. Анод имеет зубчатую структуру (рис. 1.72) и помещается в бачок, в котором циркулирует дистиллированная вода при темпе­ ратуре 100°С. Зубчатая структура анода создает турбулентное дви­

89